קרינה וחומר
Transcription
קרינה וחומר
מדינת ישראל משרד החינוך סוג הבחינה: מועד הבחינה: מספר השאלון: נספח: בגרות לבתי ספר על־יסודיים א. בגרות לנבחנים אקסטרניים ב. קיץ תשע"א2011 , 654 ,036541 נוסחאות ונתונים בפיזיקה ל– 5יח"ל פיזיקה קרינה וחומר לתלמידי 5יחידות לימוד הוראות לנבחן א. משך הבחינה :שעה ושלושה רבעים ( 105דקות). ב. מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה חמש שאלות ,ומהן עליך לענות על שלוש שאלות בלבד. לכל שאלה — 33 13נקודות; 100 = 33 13 # 3נקודות ג .חומר עזר מותר בשימוש )1( :מחשבון. ( )2נספח נוסחאות ונתונים בפיזיקה המצורף לשאלון. ד .הוראות מיוחדות: ( )1ענה על מספר שאלות כפי שהתבקשת .תשובות לשאלות נוספות לא ייבדקו. (התשובות ייבדקו לפי סדר הופעתן במחברת הבחינה). ( )2בפתרון שאלות שנדרש בהן חישוב ,רשֹום את הנוסחאות שאתה משתמש בהן. כאשר אתה משתמש בסימן שאינו בדפי הנוסחאות ,כתוב במילים את פירוש הסימן. לפני שאתה מבצע פעולות חישוב ,הצב את הערכים המתאימים בנוסחאות .רשֹום את התוצאה שקיבלת ביחידות המתאימות .אי–רישום הנוסחה או אי–ביצוע ההצבה או אי–רישום יחידות עלולים להפחית נקודות מהציון. ( )3כאשר אתה נדרש להביע גודל באמצעות נתוני השאלה ,רשום ביטוי מתמטי הכולל את נתוני השאלה או חלקם; במידת הצורך אפשר להשתמש גם בקבועים בסיסיים, כגון תאוצת הנפילה החופשית gאו מהירות האור .c ( )4בחישוביך השתמש בערך 10 m/s2לתאוצת הנפילה החופשית. ( )5כתוב את תשובותיך בעט .כתיבה בעיפרון או מחיקה בטיפקס לא יאפשרו ערעור. השתמש בעיפרון לסרטוטים בלבד. כתוב במחברת הבחינה בלבד ,בעמודים נפרדים ,כל מה שברצונך לכתוב כטיוטה (ראשי פרקים ,חישובים וכדומה). רשֹום "טיוטה" בראש כל עמוד טיוטה .רישום טיוטות כלשהן על דפים שמחוץ למחברת הבחינה עלול לגרום לפסילת הבחינה! ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר ומכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד. בהצלחה! /המשך מעבר לדף/ -- ענה על שלוש מהשאלות .5-1 פיזיקה ,קיץ תשע"א ,מס' + 654 ,036541נספח השאלות (לכל שאלה — 33 13נקודות; מספר הנקודות לכל סעיף רשּום בסופו). בתרשים שלפניך הקטע ' OOמסמן ציר אופטי של עדשה דקה (העדשה אינה מוצגת בתרשים) .הקטע ABמסמן עצם ,והקטע CDמסמן את הדמות של העצם הנוצרת בעזרת העדשה .הצלע של כל משבצת בתרשים — 1ס"מ. .1 C A 'O B ÌˆÚ D „˙ÂÓ O א. מדוע הדמות המתוארת בתרשים יכולה להיווצר רק בעזרת עדשה מרכזת? ( 5 13נקודות) העתק למחברתך את התרשים כך שכל משבצת בתרשים תיוצג על ידי משבצת במחברתך. השתמש בתרשים שסרטטת כדי לענות על סעיפים ב-ג. ב. מצא ,בעזרת סרטוט של מהלך קרני האור ,את מיקום העדשה ,והוסף אותה ( 6נקודות) לתרשים. מצא את רוחק המוקד של העדשה בשתי דרכים: ( )1סרטוט של מהלך קרני האור ( )2חישוב ( 12נקודות) ד. כשהמרחק בין העצם לעדשה גדול מערך מסוים , u1נוצרת דמות הפוכה ביחס לעצם. ( 4נקודות) קבע מהו . u1נמק. כשהמרחק בין העצם לעדשה שווה לערך מסוים , u2הגדול מ– , u1נוצרת דמות ( 6נקודות) באותו גובה של הדמות CDשבתרשים .מצא את . u2 /המשך בעמוד /3 ג. ה. -.2 פיזיקה ,קיץ תשע"א ,מס' + 654 ,036541נספח כדי למצוא את תחום התדירויות של האור הנראה הנפלט מנורת להט ,משתמשים בסריג עקיפה בעל 80חריצים למ"מ .מקרינים אלומה מקבילה של האור על סריג העקיפה במאונך לו .במרחק L = 3 mמהסריג ,ובמקביל לו ,נמצא מסך לבן שרוחבו 50ס"מ. באמצע המסך מתקבל פס אור מרכזי לבן .בכל אחד מצדי פס האור המרכזי רואים שני אזורי ספקטרום רציף ,כמתואר בתרשים שלפניך (צילום בשחור-לבן). Ó”Ò 50 א. קצה אחד של הספקטרום הרציף מהסדר הראשון הוא אדום ,וקצהו השני הוא סגול. ידוע שתדירות האור האדום קטנה מתדירות האור הסגול .האם הפס האדום הוא בקצה הספקטרום הרחוק מאמצע המסך או הקרוב אליו? הסבר. ב. היעזר בתרשים וקבע את הגבולות של תחום התדירויות של האור הנראה הנפלט ( 8נקודות) ( 10נקודות) מהנורה. ג. הקצה הימני והקצה השמאלי של המסך נראים ירוקים .חשב את התדירות ( 6נקודות) של אור ירוק זה. ד. מחליפים את הסריג בסריג אחר ,בלי לשנות את מרחק הסריג מהמסך .כעת ,בכל אחד מצדי פס האור המרכזי הלבן מתקבל על המסך אזור ספקטרום רציף אחד בלבד. האם קבוע הסריג החדש גדול מקבוע הסריג הקודם ,קטן ממנו או שווה לו? נמק. ( 6נקודות) ה. אפשר לקבל הפרדה לצבעים של אור הנורה גם על ידי העברת האור דרך מנסרת זכוכית משולשת .הסבר מדוע המעבר של האור דרך המנסרה גורם להפרדתו לצבעים. ( 3 13נקודות) /המשך בעמוד /4 -.3 פיזיקה ,קיץ תשע"א ,מס' + 654 ,036541נספח כדי ללמוד על תהליכי העירור ועל ספקטרום הפליטה של אטום המימן אפשר להיעזר בסימולציית מחשב הבנויה על פי המודל של בוהר .בסימולציה נתון מכל ובו גז מימן חד–אטומי במצב היסוד. א. הסימולציה מדמה עירור של אטומי המימן בשתי שיטות :האחת על ידי אלומה של קרינה אלקטרומגנטית ,והשנייה על ידי התנגשות של אטומי הגז בחלקיקים שהואצו עוד קודם כניסתם למכל .אטומי המימן עוררו מרמת היסוד לרמה . n = 3 איזה ערך או אילו ערכים של אנרגיה יכול/יכולים להיות: ( )1לפוטון באלומת הקרינה האלקטרומגנטית? נמק. ( )2לחלקיק שהתנגש באטום מימן? נמק. ( 10נקודות) ב. האטומים שעוררו לרמה n = 3חוזרים למצב היסוד ,והסימולציה מציגה ספקטרום פליטה. ( )1סרטט דיאגרמה של רמות האנרגיה של אטום המימן ,שתכלול את רמת היסוד ,את שתי הרמות המעוררות הראשונות ואת רמת היינון (סה"כ — ארבע רמות) .רשום ליד כל רמה את ערך האנרגיה. ( )2סמן בדיאגרמה חצים המייצגים את המעברים בין הרמות ,שיתאימו לאורכי הגל בספקטרום הפליטה המתקבל. ( 6נקודות) ג. חשב את אורכי הגל בספקטרום פליטה זה. ( 6נקודות) (שים לב :המשך השאלה בעמוד הבא). /המשך בעמוד /5 -- פיזיקה ,קיץ תשע"א ,מס' + 654 ,036541נספח ד. לפני השימוש בסימולציה התבקשו התלמידים לשער מהו אורך הגל של פוטון שיגרום ליינון של אטומי המימן שבמכל. לפניך ההשערות שהעלו שלושה תלמידים. תלמיד : Aליינון אטומי המימן שבמכל יגרום רק פוטון שאורך הגל שלו . λ = 91.18 nm תלמיד : Bליינון אטומי המימן שבמיכל יגרום כל פוטון שאורך הגל שלו . λ # 91.18 nm תלמיד : Cליינון אטומי המימן שבמיכל יגרום כל פוטון שאורך הגל שלו . λ $ 91.18 nm קבע איזו מההשערות של התלמידים היא הנכונה ,ונמק את קביעתך. ( 5 13 ה. נקודות) חשב את האנרגיה הקינטית של האלקטרון באטום המימן כאשר הוא נמצא ברמה . n = 3 ( 6נקודות) /המשך בעמוד /6 פיזיקה ,קיץ תשע"א ,מס' + 654 ,036541נספח -.4 תלמידה מבצעת ניסוי לקבלת אופיין של תא פוטואלקטרי .לשם כך היא בונה מעגל חשמלי מתאים ,ומקרינה על הפולט (קתודה) של התא אור לבן ,הכולל את כל אורכי הגל בין . 400 nm - 700 nm על סמך המדידות סרטטה התלמידה את האופיין ,והוא מוצג בתרשים שלפניך: עוצמת הזרם , I ,כפונקציה של הפרש הפוטנציאלים (פולט - Vקולט.)V )I(μA (קרא משמאל לימין). 40 35 30 25 20 15 10 5 21 17 19 15 13 11 9 7 5 1 3 0 -3 -1 )V ËϘ - V ËÏÂÙ (V א. על עוצמת הזרם הנמדד .התייחס לטווח . 0V - 21V הסתמך על הגרף ותאר כיצד הגדלת הפרש הפוטנציאלים משפיעה ב. ( 6נקודות) חשב את מספר הפוטונים שגורמים לעקירת אלקטרונים מהפולט בכל שנייה. ( 8נקודות) ג. ( )1קבע את הערך של האנרגיה הקינטית המקסימלית של אלקטרונים הנעקרים מהפולט. ( )2מהו אורך הגל של הפוטון שגרם לעקירת אלקטרונים עם אנרגיה זאת? ( 8נקודות) ד. חשב את פונקציית העבודה של המתכת שממנה עשוי הפולט הנתון. ה. האם אלקטרונים נעקרים מהפולט גם כאשר הפרש הפוטנציאלים הוא אפס? הסבר. ( 5 13 נקודות) ( 6נקודות) /המשך בעמוד /7 -.5 הגרעין הגרעין א. ב. ג. 107 Ag 47 108 Ag 47 פיזיקה ,קיץ תשע"א ,מס' + 654 ,036541נספח , 108שהוא רדיואקטיבי. קולט נויטרון והופך לגרעין חדש47 Ag , מתפרק ופולט חלקיק . β-מתהליך ההתפרקות מתקבל גרעין . X ( 3 13נקודות) ? 107 כמה פרוטונים וכמה נויטרונים יש בגרעין 47 Ag האם הגרעין Xהוא איזוטופ של היסוד ? Agהסבר 6( .נקודות) ( )1רשום את המשוואות של שני התהליכים הגרעיניים המתוארים (קליטת הנויטרון ופליטת החלקיק . (β- ( )2ציין שני חוקי שימור שהשתמשת בהם בכתיבת המשוואות. ( 8נקודות) ( Nבאחוזים) כפונקציה של זמן,t , N בתרשים שלפניך מוצגים שני גרפים: המתארים את תהליך התפרקות של האיזוטופים — N 0מספר גרעיני האב ברגע — N , t = 0מספר גרעיני האב ברגע . t 0 103Ag 47 . 112 ו– 47 Ag N N0 % 100 80 60 112 Ag 47 40 20 103 Ag 47 ©t ®h ד. 10 8 6 4 2 0 0 , 103נשארו נמצא שברגע , t = 3hבמדגם של איזוטופ 47 Ag N = 4 $1028גרעיני אב .חשב את מספר גרעיני האב N 0במדגם זה ברגע . t = 0 ( 8נקודות) ה. 103 . 112 במעבדה הכינו מדגמים של שני איזוטופים 47 Ag :ו– 47 Ag פעילות (מספר ההתפרקויות בשנייה) של שני המדגמים ברגע t = 0שווה. חשב את היחס בין מספר גרעיני האב בשני המדגמים ברגע . t = 0 בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך ( 8נקודות)